一种基于太阳能分频利用的综合供能系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于太阳能分频利用的综合供能系统，包括：太阳能分频利用

【技术实现步骤摘要】
一种基于太阳能分频利用的综合供能系统


[0001]本专利技术是关于一种基于太阳能分频利用的光电
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光热驱动有机朗肯循环
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质子交换膜燃料电池/电解池的综合供能系统，涉及太阳能


技术介绍

[0002]可再生能源已经历十多年的强劲增长，容量迅速提升，成本大幅下降，替代性不断加强，成为主体能源的趋势逐渐明晰，能源转型日益迫切。由于风、光为主的新能源具有随机性、间歇性和波动性，大规模接入电网将给电网运行带来严峻挑战。新型电力储能技术可为电力网络甚至整体能源网络带来功率和能量缓冲，能够解决能源转换和安全问题，保障国家能源安全。
[0003]在此背景下，以太阳能发电为基础，以氢为载体的储能用能技术备受关注。目前太阳能发电技术经历着从粗放到精细化转变的过程，代表性技术为太阳能分频利用。太阳能分频技术是一种将太阳光束中不同波段的辐射能区别利用的技术，可将高效光伏转换谱段的太阳辐射分配给太阳电池，进行光伏发电，将无法进行光伏转换以及转换效率较低谱段的太阳辐射分配给太阳集热器，进行光热转换，能够有效提高太阳能的利用效率。
[0004]目前，主流的分频技术有纳米流体和分光镜两种形式，仍存在光损失较大、适用温度较低、经济性较差等问题需要进一步突破。氢能是公认的清洁能源，可再生能源制氢是未来发展的方向，《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》指出2030年左右可再生能源电解水制氢将成为有效供氢主体。PEM电解水制氢工作电流密度高(1A/cm2)，总体效率更高(74％～87％)，氢气体积分数更高(>99.99％)，产气压力更高(3～4MPa)，动态响应速度更快，能适应可再生能源发电的波动性，被认为是极具发展前景的电解水制氢技术。氢能源链条中储氢是一个关键的环节，目前储氢设备投资大、效率低使得氢的就地消纳成为一种更为优良的选择。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种以电解池和燃料电池一体化技术通过氢能为载体进行现场的制氢、储氢和用氢，实现储能效果的同时可提供电能和氢能的双供功能的综合供能系统。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种基于太阳能分频利用的综合供能系统，该系统包括：
[0007]太阳能分频利用
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聚光光伏光热模块，被配置为接收太阳能并将太阳能分频利用产生电能和热能；
[0008]有机朗肯循环模块，被配置为接收所述太阳能分频利用
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聚光光伏光热模块产生的热能并将其转换为电能；
[0009]燃料电池
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电解池一体化模块，被配置在太阳光辐射强的情况下，通过电解池将多余的电能转化为化学能储存，在太阳光辐射弱的情况下，通过燃料电池将化学能转化为电
能；
[0010]电流调制模块，被配置将产生的电能进行调制，完成交直流电之间的转换。
[0011]进一步地，所述太阳能分频利用
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聚光光伏光热模块包括反射聚光镜、分频器、聚光光伏组件、聚光镜和光热集热器；
[0012]所述反射聚光镜将太阳光高倍聚光后照射到所述聚光光伏组件；
[0013]所述聚光光伏组件后方设置有冷却背板，被配置为为帮助所述聚光光伏组件冷却；
[0014]所述聚光光伏组件四周装设环形吸热器，被配置为吸收没有照向所述聚光光伏组件的光的能量；
[0015]所述分频器设置在所述聚光光伏组件板前方，被配置为使特定波长范围内的光能够透射，其他波长的光被反射到所述聚光镜，通过所述聚光镜聚光后进入所述光热集热器，其中，太阳光通过所述光热集热器和环周吸热器之后，有机工质液体被加热为过热蒸汽。
[0016]进一步地，所述聚光光伏组件采用聚光PV电池板。
[0017]进一步地，所述有机朗肯循环模块包括膨胀机、冷凝器、工质泵和发电机；
[0018]循环工质经所述光热集热器成为高温高压蒸气，推动所述膨胀机做功，并使得所述发电机输出电能；
[0019]所述膨胀机出口乏汽经所述冷凝器冷却为低温低压的液体，并通过所述工质泵进入所述冷却背板进行循环。
[0020]进一步地，所述燃料电池
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电解池一体化模块包括一体化PEM电池/电解池和第一换热器；
[0021]所述一体化PEM电池/电解池的电解池在大电流下电解水生成氢气和氧气，所述氢气和氧气通过第一换热器后冷却进行储存；
[0022]当电网电供给不足时，所述氢气和氧气通过所述换热器经过所述一体化PEM电池/电解池的电池部分产生电能，供给电网。
[0023]进一步地，所述燃料电池
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电解池一体化模块还包括第二换热器；
[0024]当所述一体化PEM电池/电解池的电解池在大电流下电解水生成的高温气体的热量达不到电解水最优转化效率的温度，所述第二换热器从所述膨胀机抽出一部分气体进行加热。
[0025]进一步地，当发电量供给电网过剩时，多余的交流电通过所述电流调制模块转换为直流电。
[0026]进一步地，所述综合供能系统包括两种工作模式：
[0027]A：分布式电站模式，以电定氢，在该模式下以向电网供电为主，氢为副产物。
[0028]B：分布式加氢站模式，以氢定电，在该模式下以提供氢气为主，电为副产物。
[0029]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0030]1、本专利技术将太阳能分频利用技术应用于聚光光伏光热系统，通过分频利用，可有效降低聚光光伏组件的产热，从而可以用较小的冷却工质流量将光伏组件维持在适宜的温度范围；同时，光伏组件的冷却介质也是后续有机朗肯循环系统的工作介质，分频后的光热部分能量更为集中，配合小的工质流量，可获得更高的膨胀机入口温度，有效提高发电系统效率和太阳能综合利用效率；
[0031]2、本专利技术与质子交换膜燃料电池/电解池一体化技术结合，起到平抑太阳能波动的作用，削峰填谷，提高系统稳定性的同时可得到高附加值产品，形成电氢双供的综合供能系统；
[0032]3、本专利技术提出在对太阳辐射进行分频的基础上，通过聚光光伏和有机朗肯循环同时利用光电和光热效应实现太阳能发电；以电解池和燃料电池一体化技术通过氢能为载体进行现场的制氢、储氢和用氢，实现储能效果的同时可提供电能和氢能的双供功能，可作为分布式电站和加氢站使用；
[0033]4、本专利技术将电池和电解池作为一个整体根据需求进行氢的产生和消纳，有效降低储氢设备的容量入球，极大提高资源利用率；
[0034]综上，本专利技术将太阳能分频利用
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聚光光伏光热技术与有机朗肯循环发电和质子交换膜燃料电池/电解池一体化技术结合，形成电氢双供的综合供能系统，可以实现太阳能的高效稳定利用。
附图说明
[0035]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于太阳能分频利用的综合供能系统，其特征在于，该系统包括：太阳能分频利用
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聚光光伏光热模块，被配置为接收太阳能并将太阳能分频利用产生电能和热能；有机朗肯循环模块，被配置为接收所述太阳能分频利用
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聚光光伏光热模块产生的热能并将其转换为电能；燃料电池
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电解池一体化模块，被配置在太阳光辐射强的情况下，通过电解池将多余的电能转化为化学能储存，在太阳光辐射弱的情况下，通过燃料电池将化学能转化为电能；电流调制模块，被配置将产生的电能进行调制，完成交直流电之间的转换。2.根据权利要求1所述的基于太阳能分频利用的综合供能系统，其特征在于，所述太阳能分频利用
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聚光光伏光热模块包括反射聚光镜、分频器、聚光光伏组件、聚光镜和光热集热器；所述反射聚光镜将太阳光高倍聚光后照射到所述聚光光伏组件；所述聚光光伏组件后方设置有冷却背板，被配置为为帮助所述聚光光伏组件冷却；所述聚光光伏组件四周装设环形吸热器，被配置为吸收没有照向所述聚光光伏组件的光的能量；所述分频器设置在所述聚光光伏组件板前方，被配置为使特定波长范围内的光能够透射，其他波长的光被反射到所述聚光镜，通过所述聚光镜聚光后进入所述光热集热器，其中，太阳光通过所述光热集热器和环周吸热器之后，有机工质液体被加热为过热蒸汽。3.根据权利要求2所述的基于太阳能分频利用的综合供能系统，其特征在于，所述聚光光伏组件采用聚光PV电池板。4.根据权利要求2所述的基于太阳能分频利用的综合供能系统，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗政，张佳薇，武翔峰，岳权，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：